全 文 ：第 10卷 第 4期
2 0 0 2年 1 2月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
Vo1．10 No．4
Dec．， 2002
作物研究过程中生态场理论的应用
杨从党
(云南省农业科学院粮食作物研究所 昆明 650205)
摘 要 生态场理论是物理生态学的基本理论，现主要应用于森林生态领域研 究，而在作物研究领域 尚未应用。
研究分析了近年来作物育种、生理和栽培的研究方向与特性，初步尝试如何在农作物育种、生理和栽培方面应用生
态场理论，对现代育种研究和栽培理论发展具有指导意义。
关键词 生态场 生态势 理想株型
Application of ecological field theory to research of crops．YANG Cong—Dang(Food Crops Research Institute，Yunnan
Academy ofAgricultural Sciences，Kunming 650205)，CJEA，2002，10(4)：108～110
Abstract Ecological field theory is a basic theory of physical ecology．It has been mainly used in~rest research and has
not been applied in crops breeding and cultivation．The traits and research pr0jects in breeding，physiology and cultivation
are analyzed in this paper．It is the first time to expatiate on this theory in crops breeding，physiology and cultivating．It
can help the breeders and cultivatiors tO overcome the dificulties in research theories．
Key words Ecological field，Ecological potential，Ideal type rice
1 生态场理论的内涵及其在农作物研究应用的思考
美国 Hsin—I．wu教授在植物生长分布格局、植物生长模型、植物竞争与资源利用模型基础上结合物理
学与生态学的知识，于 1985年正式提出生态场理论并在“第四届国际生态学会议”上进行了详细阐述 ’H 。
自然界中任何物体都不是孤立存在的，它们之间存在普遍的相互作用并以场的形式实现。生命系统从小到
大可划分为分子、基因、细胞、器官、个体、种群、群落和生态系统，每一层次所处的生存空间不同，生物通过对
生态环境物质结构的改变、能量和信息的交换实现其相互作用 ，生物这种相互作用的空间可视为生态场
(Ecological field) ’¨ 。植物种群形成集块分布、均匀分布和随机分布 3种基本空间分布格局，这是植物个体
相互作用效应的直观体现。生态势(Ecological potentia1)是描述生态场特征的时空连续函数，Hsin—1 wu等定
义其为在所有相邻植物影响范围内，一个新出生的幼苗克服 自身建成及其后生长受到的影响。生态势是一
个抽象概念，表明种群或群落中每一个体对某一地点干涉强度的贡献。由此生态场定义是生物与环境之间
相互作用形成生态势的时空范 围，记作 D=D( ，t)，其中 D 为生态场分布， 为生态势，t为时间变
量 ’H]。生态场理论主要研究植物的分布格局、植物生长模型、植物生存空间和资源的竞争，生态系统中个
体、种群、群落间及不同种群或同一种群的不同生长阶段均存在不同的生态场。生态场的特点包括动态性，
生物 自身的生长变化导致生物体随时间和环境的变化而变化，生物体所生存的环境也不断变化，即生态势发
生了变化，故生态场是随时空改变而变化的；复杂性，生物体的形态、大小和数量影响生态场的变化参数，而
生态场中介质通常又是非均一性的，形成了生态场的复杂性；生物性，生态场不能离开生物而单独存在；竞争
性，生态场是生物生长发育所必需的场所，生物体为了自身的生存和发展都会尽 自身所能维护这一场所；演
替性 ，任何一个生物体对生态场的占有只是间断性的、极短的一段时间。
生态场理论已在森林研究领域取得明显效果 ’ ，但在农作物研究中目前尚未直接应用该理论，仅从作
物育种、作物生理研究和作物高产技术方面进行了阐述和应用。如自20世纪 50年代实施矮化育种以来，由
于降低了植株株高，增强了作物抗倒性 和收获指数提高进而提高了作物产量。20世纪 80年代以来耕作
和栽培水平不断提高，矮化育种限制了生物产量和作物产量的进一步提高，因而开始提出理想株型育种、新
株型育种 j，即通过寻找紧凑型叶片的新品种达到提高产量的目的；现代作物生理学家与育种学家合作，主
要从基因角度改 良作物品种 ，期望通过抗性基因和优 良基因的导入及其在植株体内的表达，进而提高
收稿日期：2001—09—06 改回日期：2001-10—08
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第 4期 杨从党 ：作物研究过程中生态场理论的应用
作物的产量及品质，但其田间选择目标也是株型、叶型、叶色、长势等指标，而栽培生理学家利用生态生理学
的观点，从叶片冠层 、长势、长相等株型特性方面研究各种株型的理论值，以配合育种家探索提高作物产量的
新方法 ；现代农作物栽培目前包括现代化大型生产、轻简栽培和集约化栽培 3种类型，机械化大生产主
要适于土地平整、生产规模较大的大农场式生产；轻简栽培主要适于耕作面积较小，难以实现机械化生产的
地方，此方法可降低生产成本 ，减轻农民劳动负担；集约化生产主要应用于高产区，为实现高产更高产的目标
不断增加化肥、薄膜等投入，改进栽培技术如通过移栽和密度控制提高群体质量达到增产的目的。
2 生态场理论与农作物研究的关系
2．1 生态场与作物育种的关系
杨守仁等 研究指出，水稻品种或组合的增产原理是理想株型与优势利用，今后水稻超高产育种要以理
想株型和优势利用相结合作为大方向，并认为植株高矮、稻穗大小和分蘖强弱在相互作用中均处于最佳状
态，可作为杂种后代选择和亲本选择的标准。水稻研究中通过对株型特性的分析提出了理想株型结构 。
据承泓良等 报道，棉花改良株型是突破产量的主要途径，以改良叶型、叶片大小、厚度及叶片在棉株的排列
分配及倾斜度为株型改良的主要途径。纪从亮等 。。把株型、叶型好作为棉花高产群体栽培品种的首要条
件。李芳贤 ¨ 等分析了高产玉米的生育特征为株型紧凑、叶面积指数高等 6项生理指标，认为合理增株
是促进紧凑型玉米高产的有效途径。以上各作物选育后代材料均以株型为主要目标，尚缺乏理论基础和具
体实施办法。就作物个体而言，生态势随着个体距离和个体生长而变化；对某个种群生态势随其密度、资源
利用程度等因素而改变。作物育种应用生态场理论可从理论和方法上作出某些解释，利用相同生态场作用
范围选择高生态势的品种，换言之在生态势相同情况下作物个体所占的生态场范围较小即现在所应用的理
想株型、紧凑株型，具体措施可加大选种谱的种植密度，利用植物种群密度的一3／2自疏法则 进行优胜劣
汰，此外加大密度可促进作物个体间的相互竞争，恶化群体质量，促使病虫害发生，在这种极端恶劣环境中仍
能生存的品种应是生长势较大、高抗病虫害的品种。经过生态势的竞争选择，采用占生态场范围较小、生态
势较高的品种，有利于提高种植密度，且大田种植的密度小于选种谱的种植密度，可充分发挥作物个体优势。
2．2 生态场理论在作物栽培中的应用
现代农作物栽培技术中普遍强调合理的群体结构和群体光合特征，而合理的群体结构应适合作物品种
特性及当地 自然与栽培条件，使群体与个体、地上部与地下部、营养器官与生殖器官、前期与后期都能得到较
健全而协调的发展，经济而有效地利用光能和地力，达到高产、稳产、优质、低消耗的 目的。就某个特定地点
而言，光资源应均匀且不存在差异，作物光合产物的多少取决于光合面积、光合能力和光合时间，而能否固
定、累积及累积多少，则与光合产物的消耗有关。在一定范围内随叶面积指数的增加而群体光合速率不断增
强，当叶面积指数达到一定限度后群体光合速率不再随叶面积指数的增加而增加 。叶面积指数主要受叶
片大小、叶片数量、叶片生长姿态、着生角度、厚度等因素限制，叶面积指数相同条件下叶片越直立，其单叶光
截获率越低 ，因此紧凑型品种比平展型品种更需较高的叶面积指数去截获光能。平展型和紧凑型品种达到
最适叶面积指数时均能完成光截获率的95％，但紧凑型品种叶面积指数更高，群体光合速率也高，此外下部
叶片仍能进行光合作用，可补偿上部叶片光合不足的缺陷并延缓下部叶片的衰老和死亡，使植株保持良好的
空间结构。这些群体的改良均不同程度依赖于生态场理论，作物 自身调节、合理优化就是生态场作用的结
果。作物栽培中生态场理论的应用首先选择生态场作用范围较小的品种，即紧凑型品种，该品种达到相同生
态势时所占的空间较小，有利于形成大数量和高质量群体，可适当密植 ，前期促使其分蘖数增加，提高有效
穗，扩大籽粒库。紧凑型作物上部叶片截获光能的能力较弱，下部叶片可截获适当的光能，地面也可照射到
太阳光，促进作物根系生长，延长根系的生命力，调节了群体内温度、CO 分布，扼制了病虫害在作物群体中
的生长，体现出抗病虫害的特点。某些栽培措施可改变植株的株型，在拔节期施用硅肥可减小水稻叶片的夹
角，降低生态场作用的范围，促进作物增产。水稻够苗控水晒田也可促进有效分蘖的生长，提高植株的群体
质量，有利于提高植株的生态势。玉米定向移植是通过调整玉米叶向的走势、提高种植密度达到高产的 目
标。此外还可进行人工整枝、打权、喷施生长调节剂等促进植株向高质量群体即高光效群体转化。
生态场理论在作物育种和栽培中迄今尚未正式应用，还缺少严密的数学推导和系统的试验数据证明以
及应用的具体指标。这有待于生态学家、育种学家和作物栽培学家进一步紧密合作 ，研究探索和完善更合理
可行、系统的农业生态场理论，以提高作物研究水平，确切指导作物生产，使产量水平更上新台阶。
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110 中 国 生 态 农 业 学 报 第 1O卷
参 考 文 献
1 杨从党，周 能，袁平荣等．高产水稻的物质生长特性研究．西南农业学报，1997(11)：89～94
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3 王振堂等．红松种群生态场特性函数初步分析．植物研究，1989，9(4)：91～98
4 邹春静，韩士杰，徐天铎．生态场理论在沙地云杉种群更新中的应用．生态学报，1999，19(1)：50～54
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7 杨从党，袁平荣，周 能等．叶型特性与产量构成因素的相关分析．中国水稻科学，2001(1)：72～75
8 杨守仁，张龙步．水稻超高产育种的理论和方法．中国水稻科学，1996，10(2)：115～120
9 承泓良，何旭平，潘光照等．棉花产量育种的数量性状分析．棉花学报，1998，10(6)：285～291
10纪从亮，沈建辉，束林华 棉花高产群体质量栽培技术．棉花学报，1998，10(5)：225～231
11李芳贤，郑 鑫，徐光彬等．紧凑型玉米的生育特点与高产配套栽培技术．玉米科学，2000，8(1)：46～49
12李芳贤，高 谷．合理增株是促进紧凑型玉米高产的有效途径．玉米科学，1998，6(3)：54～55
13李 博主编．生态学．北京：高等教育出版社，2000．91～92
14 Hsin．I W u et a1．Ecological fieldtheory：A spatial analysisof resourceinterference among plants．EcologicalModeling，1985，29：215～243
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